(57)【要約】【課題】剛性を高めた二次電池を提供する。【解決手段】二次電池１０は、正極活物質を含む正極層１０２ｂが正極側集電体１０２ａの主面に形成された正極板１０２と、負極活物質を含む負極層１０４ｂが負極側集電体１０４ａの主面に形成された負極板１０４とが、セパレータ１０３を介して交互に積層された電極積層体１０１を少なくとも備えており、正極板１０２及び負極板１０４は、当該正極板１０２及び負極板１０４の外周縁の少なくとも一辺が略波状に折り曲げて形成された剛性部１０２ｃ、１０４ｃを有している。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質を含む正極層が正極側集電体の主面に形成された正極板と、負極活物質を含む負極層が負極側集電体の主面に形成された負極板とが、セパレータを介して交互に積層された電極積層体を少なくとも備えた二次電池であって、
前記正極板及び／又は前記負極板は、前記正極板及び／又は前記負極端子の外周縁の少なくとも一辺が非平面状に形成された剛性部を有する二次電池。
【請求項２】
前記剛性部は、略波状に折り曲げて形成されている請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記剛性部には、前記正極層及び前記負極層が形成されていない請求項１又は２記載の二次電池。
【請求項４】
前記剛性部は、前記セパレータを介して前記正極板と前記負極板とを交互に積層した際に、前記電極積層体から突出している請求項１〜３の何れかに記載の二次電池。
【請求項５】
前記正極板において前記正極層が形成された部分と、前記負極板において前記負極層が形成された部分とは、実質的に同一な外形形状を有し、
前記電極積層体は、前記正極板が有する前記剛性部と、前記負極板が有する前記剛性部とが相互に異なる方向に向くように積層されている請求項１〜４の何れかに記載の二次電池。
【請求項６】
前記正極板において前記正極層が形成された部分と、前記負極板において前記負極層が形成された部分とは、実質的に同一な略方形形状を有し、
前記電極積層体は、前記正極板が有する前記剛性部と、前記負極板が有する前記剛性部とが相互に９０°ずれるように積層されている請求項１〜５の何れかに記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを介して正極板と負極板とが交互に積層された電極積層体を備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
正極側集電体の主面に正極活物質を塗布した正極板と、負極側集電体の主面に正極活物質を塗布した負極板とを、セパレータを介して交互に積層した電極積層体を備えた薄型の二次電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような薄型の二次電池では、電極積層体の剛性により電池自体の強度が保たれているが、更なる薄型化を図るために当該電極積層体の積層枚数を減少したり、更なる高容量化を図るために当該電極積層体の面積を拡大したりする場合には、この電極積層体の剛性が低下し、二次電池に歪みが生じる問題がある。
【特許文献１】特開平９−２５９８５９号公報
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、二次電池の剛性を高めることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、正極活物質を含む正極層が正極側集電体の主面に形成された正極板と、負極活物質を含む負極層が負極側集電体の主面に形成された負極板とが、セパレータを介して交互に積層された電極積層体を少なくとも備えた二次電池であって、前記正極板及び／又は前記負極板は、前記正極板及び／又は前記負極端子の外周縁の少なくとも一辺が非平面状に形成された剛性部を有する二次電池が提供される。
【０００５】
本発明では、二次電池の電極積層体を構成する正極板又は負極板の少なくとも一方に、その外周縁の少なくとも一辺を非平面状に形成した剛性部を設ける。この剛性部が設けられた正極板及び負極板を積層して電極積層体を構成することにより、二次電池自体の強度を保つ電極積層体の剛性を向上させることが可能となり、二次電池の剛性を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００７】
図１は本発明の実施形態に係る二次電池の全体の平面図、図２は図１のII-II線に沿った二次電池の断面図、図３は図１のIII-III線に沿った二次電池の断面図、図４（Ａ）は本発明の実施形態に係る二次電池に用いられる正極板の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のIVB-IVB線に沿った正極板の断面図、図５（Ａ）は本発明の実施形態に係る二次電池に用いられる負極板の平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のVB-VB線に沿った負極板の要部断面図、図６（Ａ）は図１に示す二次電池の電極積層体の分解斜視図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）を組み立てた状態を示す斜視図である。図１〜図３は一つの二次電池１０（単位電池）を示し、この二次電池１０を複数積層して接続することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【０００８】
本実施形態に係る二次電池１０は、リチウム系の薄型の二次電池であり、図１〜図３に示すように、３枚の正極板１０２、７枚のセパレータ１０３、及び、３枚の負極板１０４を有する電極積層体１０１と、当該電極積層体１０１にそれぞれ接続された正極端子１０５及び負極端子１０６と、これら電極発電体１０１及び電極端子１０５、１０６を収容して封止している上部外装部材１０７及び下部外装部材１０８と、特に図示しない電解質とから構成されている。
【０００９】
電極積層体１０１を構成する正極板１０２は、図２〜図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、正極端子１０５まで伸びている正極側集電体１０２ａと、この正極側集電体１０２ａの一部の主面にそれぞれ形成された正極層１０２ｂと、正極板１０２の外周縁において対向する２つの長辺部分に形成された剛性部１０２ｃと、を有している。
【００１０】
この正極板１０２の正極側集電体１０２ａは、例えば、厚さ２０μｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
【００１１】
この正極側集電体１０２ａは、図２及び図３のように電極積層体１０１を構成した際に、図４（Ａ）にて上側に位置する一つの短辺部分、及び、同図にて左右両側に位置する２つの長辺部分が当該電極積層体１０１から突出するような外形形状を有している。
【００１２】
また、この正極側集電体１０２ａの両主面には正極層１０２ｂが形成されているが、当該正極側集電体１０２ａの両主面の全面に亘って正極層１０２ｂが形成されているのではなく、図２及び図３のように電極積層体１０１を構成した際に、正極板１０２においてセパレータ１０３が実質的に重なる略矩形形状の部分（図４（Ａ）における網掛部）のみに形成されている。従って、図４（Ａ）に示すように、正極側集電体１０２ａの外周縁において、同図にて上側に位置する一つの短辺部分、及び、同図にて左右両側に位置する２つの長辺部分には正極層１０２ｂが形成されていない。なお、この正極側集電体１０２ａの外周縁における上側の一つの短辺部分は正極端子１０５に接続され、当該外周縁における左右両側の２つの長辺部分には剛性部１０２ｃがそれぞれ形成されている。
【００１３】
この正極板１０２の正極層１０２ｂは、金属酸化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤とを混合したものを、正極側集電体１０２ａの一部の主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。正極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等を挙げることが出来る。これらの材質は、二次電池内部の発熱を比較的放散し易く、二次電池において発熱による膨張に伴う応力を抑制することが出来るので、特に本実施形態のような薄型の二次電池には特に有効である。
【００１４】
この正極板１０２の剛性部１０２ｃは、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、正極側集電体１０２ａの外周縁において、図４（Ａ）にて左右両側に位置する２つの長辺部分が、例えばプレス加工等により、断面略波形形状に折り曲げて形成されている。
【００１５】
電極積層体１０１を構成する負極板１０４は、図２、図３、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、負極端子１０６まで伸びている負極側集電体１０４ａと、当該負極側集電体１０４ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１０４ｂと、負極板１０４の外周縁における一方の短辺部分に形成された剛性部１０４ｃと、を有している。
【００１６】
この負極板１０４の負極側集電体１０４ａは、例えば、厚さ１０μｍ程度のニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
【００１７】
この負極側集電体１０４ａは、図２及び図３のように電極積層体１０１を構成した際に、図５（Ａ）にて下側に位置する一つの短辺部分が当該電極積層体１０１から突出するような外形形状を有している。
【００１８】
また、この負極側集電体１０４ａの両主面には負極層１０４ｂが形成されているが、当該負極側集電体１０４ａの両主面の全面に亘って負極層１０４ｂが形成されているのではなく、図２及び図３のように電極積層体１０１を構成した際に、負極板１０４においてセパレータ１０３が実質的に重なる略矩形形状の部分（図５（Ａ）における網掛部）のみに形成されている。従って、図５（Ａ）に示すように、負極側集電体１０４ａの外周縁において、同図にて下側に位置する一つの短辺部分には負極層１０４ｂが形成されておらず、また、この負極板１０４において負極層１０４ｂが形成された部分と、上述の正極板１０２において正極層１０２ｂが形成された部分とは実質的に同一の形状を有している。なお、この負極側集電体１０４ａの外周縁における下側の一つの短辺部分には剛性部１０４ｃが形成されており、さらに、負極端子１０６に接続されている。
【００１９】
この負極板１０４の負極層１０４ｂは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体１０４ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
【００２０】
なお、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく、放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００２１】
この負極板１０４の剛性部１０４ｃは、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、負極側集電体１０４ａの外周縁において、図５（Ａ）にて下側に位置する一つの短辺部分が、例えばプレス加工等により、断面略波形形状に折り曲げて形成されている。
【００２２】
このように、正極側集電体１０２ａ及び負極側集電体１０４ａの外周縁を略波状に折り曲げて剛性部１０２ｃ、１０４ｃを形成し、当該剛性部１０２ｃ、１０４ｃが形成された正極板１０２及び負極板１０４を用いて電極積層体１０１を構成することにより、二次電池１０自体の強度を保つ電極積層体１０１の剛性を向上させることが可能となり、二次電池１０の剛性を高めることが可能となる。
【００２３】
また、正極板１０２の剛性部１０２ｃと、負極板１０４の剛性部１０４ｃとの何れにも、正極層１０２ｂ及び負極層１０４ｂを形成しないことにより、当該剛性部１０２ｃ、１０４ｃをプレス加工等により略波状に折り曲げ易くなり、剛性部１０２ｃ、１０４ｃを形成し易くなる。
【００２４】
さらに、正極板１０２、１０４において、電極積層体１０１を構成した際に、当該電極積層体１０１から突出した部分に剛性部１０２ｃ、１０４ｃを形成することにより、二次電池１０の総厚を維持したまま、当該二次電池１０の剛性を高めることが可能となる。
【００２５】
なお、本実施形態では、剛性部を断面略波状とするように説明したが、集電体の外周縁に剛性を付与するような非平面状に形成した剛性部であれば、本発明では特にこの形状に限定されず、例えば、集電体の外周縁を湾曲状に形成して剛性部を構成しても良い。また、本実施形態では、正極板の外周縁の２つの長辺部分に剛性部を形成すると共に、負極板の外周縁の一つの短辺部分に剛性部を形成するように説明したが、本発明では特にこれに限定されることなく、例えば、正極板の外周縁の一つの短辺部分に剛性部を形成すると共に、負極板の外周縁の２つの長辺部分に剛性部を形成しても良い。
【００２６】
電極積層体１０１のセパレータ１０３は、上述した正極板１０２と負極板１０４との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ１０３は、例えば、厚さ２５μｍ程度のポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって、層の空穴が閉塞され、電流を遮断する機能をも有する。
【００２７】
なお、本発明のセパレータは、ポリオレフィン等の単層膜のみに限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布等を積層したものも用いることが出来る。セパレータを複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。
【００２８】
以上の電極積層体１０１は、図２に示すように、セパレータ１０３を介して、正極板１０２と負極板１０４とが交互に積層され、さらに、その最上層及び最下層にセパレータ１０３がそれぞれ積層されている。この積層の際、正極板１０２と負極板１０４とは、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、各正極板１０２が有する剛性部１０２ｃと、各負極板１０４が有する剛性部１０４ｃとが相互に９０°ずれるように積層されている。
【００２９】
そして、３枚の正極板１０２は、正極側集電体１０２ａの外周縁において図４（Ａ）にて上側に位置する短辺部分を介して、金属箔製の正極端子１０５にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１０４は、負極側集電体１０４ａの外周縁において図５（Ａ）にて下側に位置する短辺部分を介して、同じく金属箔製の負極端子１０６にそれぞれ接続されている。なお、図６（Ａ）及び（Ｂ）には、電極積層体１０１の積層構造を明瞭にするために、１枚の正極板１０２、１枚のセパレータ１０３、及び、１枚の負極板１０４しか図示していない。
【００３０】
このように、電極積層体１０１を積層するに際して、各正極板１０２の剛性部１０２ｃと、各負極板１０４の剛性部１０４ｃとが相互に９０°ずれるように、正極板１０２と負極板１０４とを積層することにより、正極板１０２の剛性部１０２ｃと負極板１０４の剛性部１０４ｃとが接触して短絡するのを防止することが可能となると共に、二次電池１０の長手方向及び幅方向の何れの方向にも強度を付与することが可能となる。
【００３１】
なお、電極積層体１０１の正極板１０２、セパレータ１０３、及び、負極板１０４は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、１枚の正極板１０２、３枚のセパレータ１０３、及び、１枚の負極板１０４でも当該電極積層体１０１を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。
【００３２】
正極端子１０５も負極端子１０６も電気化学的に安定した金属箔であれば特に限定されないが、正極端子１０５としては、例えば、厚さ０．２ｍｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子１０６としては、例えば、厚さ０．２ｍｍ程度のニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。これらの金属は、金属の抵抗値、線膨張係数、抵抗率において、二次電池の構成要素として適当であり、二次電池において発熱による膨張に伴う応力を適切に抑制することが出来るので、特に本実施形態のような薄型の二次電池には特に有効である。
【００３３】
なお、本実施形態では、電極体１０２、１０４の集電体１０２ａ、１０４ａを構成する金属箔自体を電極端子１０５、１０６まで延長することにより、電極板１０２、１０４を電極端子１０５、１０６に直接接続しているが、集電体１０２ａ、１０４ａを構成する金属箔とは別の材料や部品により、電極板１０２、１０４の集電体１０２ａ、１０４ａと、電極端子１０５、１０６とを接続しても良い。
【００３４】
以上のように構成されている電極積層体１０１は、上部外装部材１０７、下部外装部材１０８に収容されて封止されている。本実施形態における上部外装部材１０７は、図２に示すように、その外形が電極積層体１０１を収容する凸部を設けたカップ形状となっており、これに対し、下部外装部材１０８は、同図に示すように、その外形が平板形状となっている。そして、上部外装部材１０７及び下部外装部材１０８は何れも、特に図示しないが、二次電池１０の外側に向かって、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、例えば、アルミニウム箔等の金属箔から構成されている中間層と、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側層と、の３層構造となっている。従って、上部外装部材１０７及び下部外装部材１０８の何れも、金属箔の一方の面（二次電池１０の内側面）を耐電解液性及び熱融着性に優れた材料でラミネートし、他方の面（二次電池１０の外側面）を電気絶縁性に優れた材料でラミネートした、例えば、厚さ１２５μｍ程度の樹脂−金属薄膜ラミネート材で構成されている。
【００３５】
このように、外装部材が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、外装部材自体の強度向上を図ることが可能となる。また、外装部材の内側層を、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の合成樹脂材料で構成することにより、金属製の電極端子との良好な融着性を確保することが可能となる。
【００３６】
なお、図１及び図２に示すように、封止された外装部材１０７、１０８の一方の端部から正極端子１０５が導出し、当該他方の端部から負極端子１０６が導出するが、電極端子１０５、１０６の厚さ分だけ上部外装部材１０７と下部外装部材１０８との間に隙間が生じるので、二次電池１０の内部の封止性を維持するために、電極端子１０５、１０６と外装部材１０７、１０８とが接触する部分に、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを介在させても良い。このシールフィルムは、正極端子１０５及び負極端子１０６の何れの側においても、外装部材１０７、１０８の内側層と同系統の合成樹脂材料で構成することが熱融着性の観点から好ましい。
【００３７】
これらの外装部材１０７、１０８によって、上述した電極積層体１０１と、電極端子１０５、１０６の一部とを包み込み、当該外装部材１０７、１０８により形成される空間に、液体電解質を注入しながら、前記空間内を吸引して真空状態とした後に、図１に示すように、外装部材１０７、１０８を熱融着して封止する。液体電解質の溶質としては、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）等のリチウム塩を挙げることが出来る。また、この液体電解質の有機液体溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒は特にこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る二次電池では、正極板及び負極板の外周縁を非平面状に折り曲げて剛性部を形成し、当該剛性部が形成された正極板及び負極板を用いて電極積層体を構成することにより、二次電池自体の強度を保つ電極積層体の剛性を向上させることが可能となり、二次電池の剛性を高めることが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態に係る二次電池では、正極板が有する剛性部と、負極板が有する剛性部との何れにも、正極層及び負極層を形成しないことにより、当該剛性部を非平面状に折り曲げ易くなり、剛性部を形成し易くなる。
【００４０】
さらに、本実施形態に係る二次電池では、正極板及び負極板において、電極積層体を構成した際に、当該電極積層体から突出した部分に剛性部を形成することにより、二次電池の総厚を維持したまま、当該二次電池の剛性を高めることが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態に係る二次電池では、電極積層体の積層に際して、正極板の剛性部と、負極板の剛性部とが異なる方向に向くように、正極板と負極板とを積層することにより、剛性部をそれぞれ有する正極板と負極板とが接触して短絡するのを防止することが可能になると共に、二次電池の多様な方向に強度を付与することが可能となる。
【００４２】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の全体の平面図である。
【図２】図２は、図１のII-II線に沿った二次電池の断面図である。
【図３】図３は、図１のIII-III線に沿った二次電池の断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明の実施形態に係る二次電池に用いられる正極板の平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のIVB-IVB線に沿った正極板の断面図である。
【図５】図５（Ａ）は、本発明の実施形態に係る二次電池に用いられる負極板の平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のVB-VB線に沿った負極板の要部断面図である。
【図６】図６（Ａ）は図１に示す二次電池の電極積層体の分解斜視図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）を組み立てた状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…二次電池
１０１…電極積層体
１０２…正極板
１０２ａ…正極側集電体
１０２ｂ…正極層
１０２ｃ…剛性部
１０３…セパレータ
１０４…負極板
１０４ａ…負極側集電体
１０４ｂ…負極層
１０４ｃ…剛性部
１０５…正極端子
１０６…負極端子
１０７…上部外装部材
１０８…下部外装部材
【図１】
2005129393.tif 000003
【図２】
2005129393.tif 000004
【図３】
2005129393.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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